使用致动空气冷却空气致动阀

技术领域

本实施方案涉及一种用于控制流体流动的阀。特别地，该阀包括构造成用于使用致动空气致动提动头的致动外壳。阀被配置用于冷却，使得当提动头处于打开和/或关闭位置时，致动在第一端口和第二端口之间流动的空气使杆冷却。

背景技术

许多现代半导体制造工艺是在等离子体工艺模块中进行的，其中衬底在暴露于等离子体时被保持在衬底支架上。薄膜的沉积是半导体制造中的关键工艺之一。典型的晶片要经过若干薄膜的沉积，其中一些可能完全或部分保留在最终的电子设备中，而另一些可能只是暂时保留在晶片上并满足一些中间处理需求。例如，可灰化硬掩模膜可以用作蚀刻硬掩模层。这种膜首先沉积在晶片上，然后部分去除以定义电路线图案。然后使用蚀刻剂去除一些下面的电介质，从而为未来的电路线形成沟槽和通孔。最后，所有剩余的可灰化硬掩模膜都从晶片上移除。使用各种沉积工艺来沉积薄膜。例如，可以使用化学气相沉积(CVD)或更具体地等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺来沉积可灰化硬掩模膜。

几乎任何沉积工艺的一个结果是膜材料不仅沉积在晶片上，而且沉积在沉积室的内表面上，从而形成残留物。随着时间的推移，这些残留物会积聚并溶解、分离或以其他方式散布在沉积室中，从而造成污染。定期清除积聚的残留物以避免此类污染。可以执行远程等离子体清洁(RPC)工艺以将清洁试剂混合物中包含的等离子体激活物质输送到沉积室。清洁剂混合物在与沉积室分离的远程等离子体发生器中产生，并通过RPC输送系统输送。在输送后，沉积室中的等离子体激活物质蚀刻沉积残留物以去除。

然而，经激活的物质在流动到沉积室时可能发生复合。复合会在RPC传递系统内产生过多的热量，这可能会导致系统出现故障。例如，热量可能会降低RPC输送系统内密封件的使用寿命，其中密封件可以被配置为在处理操作(例如，沉积)期间将RPC输送系统与沉积室隔离。密封件的故障可能使得工艺气体能从沉积室逸出并且穿过RPC输送系统，从而禁用隔离阀的益处并且对工艺条件产生不利影响。

这里提供的背景描述是为了总体呈现本公开的背景的目的。当前指定的发明人的操作在其在此背景技术部分以及在提交申请时不能确定为现有技术的说明书的各方面中描述的范围内既不明确也不暗示地承认是针对本公开的现有技术。

本公开的实施方案正是在这种情况下出现的。

发明内容

本实施方案涉及解决相关技术中发现的一个或多个问题，并且具体地包括一种用于控制流体流动的阀，其中处于打开和/或关闭位置的阀被配置用于致动空气的内部流动来冷却阀的内部部件。下面描述本公开的几个创造性实施方案。

本公开的实施方案包括阀。该阀包括阀体的并且围绕致动腔的致动外壳，该致动外壳包括被配置用于致动空气进入的第一端口和被配置用于排出致动空气的第二端口。提动头被配置为在阀体内移动并且包括位于致动腔内的挡板，使用进入第一端口的致动空气将提动头致动到打开位置。当提动头处于打开位置时，在第一端口和第二端口之间流动的致动空气冷却杆。

本公开内容的其他实施方案包括一种用于操作阀的方法。该方法包括向阀的阀体的致动外壳的第一端口提供致动空气。致动外壳围绕致动腔。提动头被配置为在阀体内移动并且包括位于致动腔内的挡板。该方法包括使用进入第一端口的致动空气将提动头致动到打开位置。该方法包括当提动头处于打开位置时将从第一端口进入的致动空气穿过致动外壳的第二端口排放到大气中。该方法包括使用在致动外壳的第一端口和第二端口之间流动的致动空气来冷却杆。

本公开内容的其他实施方案包括适合与处理室一起使用的阀。该阀包括阀体，该阀体被配置为控制等离子体从远程源(例如远程等离子体清洁(RPC)源)到处理室的流动。该阀包括围绕密封腔的阀体的密封腔。密封外壳包括被配置用于等离子体进入的入口端口和被配置用于提供从密封腔到处理室的通路的出口端口。该阀包括围绕致动腔的致动外壳。致动外壳包括将密封腔与致动腔隔开的公共壁、被配置用于致动空气进入的第一端口和被配置用于排出致动空气的第二端口。该阀包括构造成用于在阀体内移动的提动头。提动头包括杆，杆通过公共壁中的第一开口将位于密封腔内的密封柱塞连接到位于致动腔内的挡板。使用进入第一端口的致动空气将提动头致动至打开位置。

本公开的其他实施方案包括一种用于清洁处理室的方法。该方法包括使用致动空气将阀致动至打开位置。该方法包括将来自远程源(例如远程等离子体清洁源，即RPC源)的等离子体提供到被配置用于控制等离子体流向处理室的阀。该方法包括当阀处于打开位置时将致动空气从阀排放到大气中以冷却阀。

本公开内容的其他实施方案包括用于清洁处理室的清洁系统，该处理室被配置为在晶片上沉积膜。清洁系统包括等离子体处理室，该等离子体处理室还包括配置用于支撑晶片的基座。清洁系统包括配置用于将工艺气体引向晶片的喷头。清洁系统包括用于产生等离子体的远程源(例如，远程等离子体清洁源，即RPC源)。清洁系统包括用于控制等离子体流向处理室的阀。该阀包括阀体，该阀体被配置用于控制等离子体流到处理室的流动。该阀包括围绕密封腔的密封外壳。密封外壳包括被配置用于等离子体进入的入口端口和被配置用于提供从密封腔到处理室的通路的出口端口。该阀包括阀体的并且围绕致动腔的致动外壳。致动外壳包括将密封腔与致动腔隔开的公共壁、被配置用于致动空气进入的第一端口和被配置用于排出致动空气的第二端口。该阀包括被配置用于在阀体内移动的提动头。提动头包括杆，杆穿过公共壁中的第一开口将位于密封腔内的密封柱塞连接到位于致动腔内的挡板。使用进入第一端口的致动空气将提动头致动至打开位置。

通过阅读整个说明书和权利要求，本领域技术人员将理解这些和其他优点。

附图说明

通过参考以下结合附图的描述可以最好地理解这些实施方案。

图1A图示了包括适用于在晶片和/或衬底上沉积膜的处理室和被配置为从反应器系统的内表面去除残留物的清洁设备的总体系统。

图1B是根据本公开的一个实施方案的多站式处理工具的俯视图，其中每个处理工具包括被配置为去除对应处理站和/或处理室的内表面的残留物的清洁装置。

图2A是根据本公开的一个实施方案的配置用于控制流体流动的阀系统的图，其中阀处于打开位置，并且其中致动空气流冷却阀。

图2B是根据本公开的一个实施方案的被配置用于控制流体流动的阀系统的图，其中阀处于关闭位置，并且其中致动空气流冷却阀。

图3A-3C是根据本公开的一个实施方案的当阀移动到如图2A所述的打开位置时控制流体流动的阀的图示。

图4是根据本公开的一个实施方案的被配置用于控制流体流动的阀系统的图，其中阀处于关闭位置。

图5A、5B、5C-1和5C-2是根据本公开的一实施方案的当阀移动到如图2B中所述的关闭位置时控制流体流动的阀的图示。

图6是根据本发明的一个实施方案的被配置用于控制流体流动的阀的第一配置的顶部的剖视图，其中在打开或关闭位置，致动空气流冷却阀的内部。

图7是示出根据本公开的一个实施方案的用于冷却被配置为使用致动空气控制流体流动的阀的方法的流程图。

具体实施方式

尽管为了说明的目的，以下详细描述包含许多具体细节，但本领域的普通技术人员应理解，对以下细节的许多变化和改变都在本公开的范围内。因此，下面描述的本公开的方面在不丧失对本说明书之后的权利要求的一般性的情况下进行阐述，并且不对其施加限制。

一般而言，本公开的各种实施方案描述了用于使用致动空气冷却阀的系统和方法。特别是，使用致动空气(例如，压缩干燥空气-CDA)致动的活塞阀使用致动空气进行冷却，以冷却阀的内部部件，从而在暴露于高温时延长阀的使用寿命。具体而言，致动空气用于冷却与一个或多个密封件的外壳直接接触的阀。以此方式，本公开的实施方案提供杆的局部冷却，这使得能安装在杆上或靠近杆的所有密封件能在较低温度下操作。此外，使用致动空气冷却阀的杆足以冷却阀的部件。因此，不需要额外的冷却剂或系统来冷却阀。此外，本公开的实施方案提供对冷却阀期间的冷却时间的严密控制。

通过以上对各种实施方案的总体理解，现在将参照各种附图描述实施方案的示例性细节。一幅或多幅图中类似编号的元件和/或部件意指通常具有相同的配置和/或功能。此外，图可能不是按比例绘制的，而是意在说明和强调新颖的概念。显然，可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践本实施方案。在其他情况下，没有详细描述公知的工艺操作，以免不必要地使所呈现的实施方案难以理解。

图1A示出了等离子体处理系统100，其包括适用于执行一个或多个等离子体处理操作(例如，在晶片和/或衬底上沉积膜、原子层沉积(ALD)蚀刻、清洁等)的处理室102，以及被配置为从处理室102的内表面去除残留物的RPC清洁系统。在一实施方案中，为了隔离RPC路径的目的，可以在反应器系统100内实施使用致动空气致动的阀120。

图1A仅被示出以说明阀120的一种使用情况(例如，等离子体处理模块中的晶片制造)，其中致动空气可用于在操作(例如，清洁工艺)期间冷却阀120的一个或多个部件。在其他实施方案中，阀120可以在将阀120暴露于高温的任何系统内实施，使得致动空气可以用于在高温下冷却阀120以降低阀120的操作温度并延长阀120的寿命。

更具体地，图1A说明等离子体处理系统100，其用于处理晶片101。例如，等离子体处理模块可以用于等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转冲洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、斜边蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块以及任何其他可以在半导体晶片的制造和/或制备中关联或使用以包括例如电镀、电蚀刻、电抛光、电化学机械抛光、沉积、湿沉积和通硅通孔(TSV)工艺等工艺的半导体处理系统。

在图1A的实施方案中，本文所用的术语“衬底”是指本公开的实施方案中的半导体晶片。然而，应当理解，在其他实施方案中，术语衬底可以指由蓝宝石、GaN、GaAs或SiC或其他衬底材料形成的衬底，并且可以包括玻璃面板/衬底、金属箔、金属片、聚合物材料等等。

处理室102包括基座140。半导体衬底101被示出为设置在基座140上方。喷头150用于供应用于在室102中产生和生成等离子体的工艺气体。在等离子体处理(例如，沉积、蚀刻等)期间，一种或多种气体被供应到处理室102，具体取决于正在执行的工艺配方。控制器110被用于向反应器系统100的各个部件(包括作为气体供应114、压力控制、温度控制和其他处理参数的设施)提供指令。传感器115可以被配置为感测用于工艺控制(例如，沉积、清洁等)的等离子体处理系统的各种控制参数。

例如，控制器110可以执行工艺输入和控制108以包括工艺配方，例如功率水平、定时参数、工艺气体、晶片101的机械运动等，例如在晶片101上沉积或形成膜。根据正在执行的处理，控制模块110控制工艺气体的输送。所选择的气体然后流入喷头150并分布在喷头150面向晶片101的面和放置在基座140上的晶片101之间限定的空间体积中。可以采用适当的阀控和质量流量控制机构来确保在工艺的沉积和等离子体处理阶段输送正确的气体。工艺气体通过出口离开室。真空泵185通过闭环控制的流量限制装置(例如节流阀或摆阀)将工艺气体抽出并且在反应器内保持适当的低压。

衬底处理系统100可以被配置用于冷却阀120(例如，被配置用于控制RPC等离子体流到处理室的流动的隔离阀)。例如，控制器110可以控制阀120的致动以在等离子体处理期间控制阀120与室102的隔离，或在清洁操作期间将清洁试剂引入室102中，和/或用于在清洁操作期间使用致动空气冷却阀120。如图1A所示，致动空气(例如CDA)活塞致动阀使用致动空气冷却，以保护被配置用于将阀的室与处理室从高温条件隔离开来的密封件，从而延长阀120的寿命。暴露于阀120的高温可能部分是由于在阀120的室中等离子体(例如，来自RPC源)复合，和/或在清洁操作或任何其他等离子体处理操作期间在处理室内产生的热量。

通常，在一实施方案中，致动空气(例如，CDA)用于冷却与一个或多个密封件的外壳直接接触的阀120的杆。以此方式，本公开的实施方案提供杆的局部冷却，这使得安装在杆上或靠近杆的所有密封件能以较低温度操作。此外，使用致动空气(例如，CDA)冷却阀120的杆对于冷却阀120的部件是有效的。例如，使用致动空气提供有效的冷却，使得图1A的衬底处理系统100不需要任何额外的冷却剂或系统来冷却阀120，例如在清洁操作期间。此外，本公开的实施方案提供对阀120被冷却期间的冷却时间的严密控制，如下文将描述的。

远程等离子体清洁(RPC)清洁系统可以被配置为从处理室102的内表面去除残留物。阀系统200可以使用控制模块110来控制，或者与另一个控制器结合，以控制清洁操作过程中的工艺条件。例如，清洁试剂111和任选的惰性气体经由RCP单元112(例如RPC发生器)引入处理室102中，其与(例如，在沉积期间形成的)残留物反应并形成挥发性产物，挥发性产物使用排放泵185被泵出室102。

为了加速清洁工艺，清洁试剂111在远程等离子体清洁(RPC)单元112中被激活以形成清洁试剂自由基、离子以及高能原子和分子，从形成比更稳定的清洁试剂111更具反应性(例如，与残留物更具反应性)的清洁混合物。

RPC单元112可以包括高功率射频(RF)发生器，其提供能量以在RPC单元112中将清洁试剂解离成自由基，自由基然后形成反应性原子和离子，然后用于蚀刻残留物。例如，可以将含氟清洁试剂引入远离处理室102或在其外部的RPC单元112中，以产生等离子体(例如，清洁混合物)，其包括用于清洁处理室102的活化种类的清洁试剂。RPC单元112可以是使用清洁试剂111产生弱电离等离子体的独立设备。

在通过RPC单元112之后，将等离子体或清洁混合物引入到处理室102中进行清洁，这可以涉及使等离子体流过连接RPC单元112和处理室102的分配路径，其中可以通过喷头150将等离子体引入处理室102中。分配路径包括阀120(例如，隔离阀)，其被配置用于控制等离子体流向处理室102的流动，并且更具体地用于将RPC单元112与处理室102隔离。在一个实施方案中，致动空气是压缩干燥空气(CDA)，其中源113是CDA源。等离子体(清洁混合物)与处理室102内部的残留物反应以形成挥发性化合物。剩余的未反应混合物、惰性气体和挥发性化合物然后例如使用排放泵185从室102中排出。

RPC单元112提供清洁试剂111的高度活化，但是这些活化物质中的许多可以在到达处理室102之前回到它们的中性状态。例如，活化的清洁试剂可以在流向处理室的同时复合，例如在阀120中复合。特别地，被激活的清洁试剂可以包括中性氟自由基，其中的部分可以沿着通向处理室102的分配路径复合成非反应形式。在复合期间，可以生成热量。阀120内的复合会产生过多的热量，未经处理的热量可能过度增加阀120的操作温度，从而导致阀120过早损坏，包括被配置为将处理室102内的等离子体和/或气体与致动空气源113隔离的一个或多个密封件。例如，密封件(例如，O形环)可由在极端温度下分解的全氟弹性体(FFKM)形成。此外，热量可能会损坏其他部件，例如可选的光学传感器(未示出)，其配置用于感测阀120的位置和/或状态。

出于说明的目的，清洁工艺周期的范围可以在5到15分钟之间。可以执行一到三个连续的清洁工艺循环，其中，清洁工艺(例如，一个或多个清洁工艺循环)的整个时间段在一实现方案中可以介于5至30分钟之间，在另一种实现方案中介于5至20分钟之间，例如5至15分钟。出于说明的目的，在某些实现中，在清洁工艺(例如，一个或多个清洁工艺循环)期间阀120(例如，在密封腔250内)和/或处理室的操作温度可以是约50-300摄氏度。在其他实现方案中，清洁工艺期间阀120和/或处理室的操作温度可以是约100-250摄氏度。在其他实现方案中，清洁工艺期间阀120和/或处理室的操作温度可以是约100-200摄氏度。在另一实现方案中，清洁工艺期间阀120和/或处理室的操作温度可以是约200摄氏度。在隔离阀的隔离区域中可能会引入更高的温度。

图1B是根据本公开的一实施方案的多站处理工具的俯视图，其中每个处理站可以包括相应的RPC清洁系统，该系统被配置为去除对应处理站和/或处理室的内表面的残留物。每个RPC清洁系统的一些部件可以在站之间共享。例如，RPC单元112可支持一个或多个处理室102。在一实施方案中，RPC单元112可支持一个或多个(例如，四个)等离子体处理系统和/或站。如图所示，每个等离子体处理系统包括连接到RPC单元112的对应阀120(例如，隔离阀)，其中隔离阀被配置为控制等离子体(清洁混合物)流向对应的处理室102的流动。例如，RPC单元112经由第一站的阀120A将等离子体输送至处理室102A，经由第二站的阀120B将等离子体输送至处理室102B，经由第三站的阀120C将等离子体输送至处理室102C，并且经由第四站的阀120D将等离子体输送至处理室102D。

图2A是根据本公开的一实施方案的被配置为控制(例如，隔离)流体221的流动的阀系统200的示图。阀系统200包括被配置用于控制流体221的流动的阀120。如图2A中所示，使用来自空气源210的致动空气215将阀120致动到打开位置。在一实施方案中，致动空气是压缩干燥空气(CDA)。根据本公开的一实施方案，当阀120处于打开位置时，致动空气在清洁操作期间继续流动并冷却阀120。

阀包括阀体127，阀体127被配置用于控制流体221的流动。阀体127包括顶盖122和底盖123。容纳壁121连接顶盖122和底盖123。

阀120包括阀体127的密封外壳127b，该密封外壳127b被配置为围绕密封腔250，密封腔250位于阀的底部。密封外壳127b包括流体入口端口126和流体出口端口125。密封外壳127b的流体入口端口126位于容纳壁121中，被配置用于流体221从流体源225进入。如前所述，流体221由流体源225产生，用于由阀120控制的分配。阀体127的密封外壳127b的流体出口端口125位于底盖123中。流体出口端口125被配置用于将流体221输送到经由密封腔250到达预定目标。当阀处于打开位置时，流体221通过流体入口端口126进入密封腔250，并且通过位于底盖123中的流体出口端口125流出以输送到目标。

阀体127包括围绕致动腔255的致动外壳127a。致动外壳127a包括将密封腔250与致动腔255分开的公共壁124。致动外壳127a包括在公共壁124中的开口(例如，第一开口)265，其被配置为提供密封腔250和致动腔255之间的通路。此外，致动外壳127a包括另一开口(例如，第二开口)264，其被配置在顶盖122内。在一实施方案中，例如在杆241的移动期间，杆241可以从挡板242延伸穿过开口264。在一实施方案中，第二开口264与第一开口265对齐，以用于杆241行进穿过开口264和265。

而且，致动外壳127a包括被配置用于致动空气进入的第一端口261和被配置用于排出致动空气的第二端口263。第一端口被配置在容纳壁121内，并且被配置用于从气源210输送的致动空气215进入，其中致动空气215用于将阀120移动到打开位置。在一实施方案中，致动空气是CDA。第二端口263(例如，排放端口)位于容纳壁121内，并且被配置为允许致动空气215作为气体排放物275从致动腔255排出。

阀包括被配置成用于在阀体127内移动的提动头240。特别地，提动头240包括被配置成用于将密封柱塞243连接到挡板242的杆241。杆241通过公共壁124中的第一开口265将位于密封腔250内的密封柱塞243连接到位于致动腔255内的挡板242。使用进入第一端口261的致动空气215将提动头240致动到打开位置。

具体地，提动头240被配置为在阀体127内线性运动，如由空气源210提供的致动空气215致动。在图2A中，通过致动空气215将阀120移动到打开位置，致动空气215通过用于向上致动的调节管道/输送系统输送到第一端口261。特别地，挡板242被配置为在致动腔255内线性运动，如由致动空气215致动。挡板242的线性运动通过杆241转换成密封柱塞243在密封腔250内的线性运动，其中杆241被配置为穿过第一开口265行进。

如图2A所示，当阀120处于打开位置时，挡板242通过致动空气215被推向顶盖122和/或线性地朝向顶盖122移动，如将参考图3A-3C进一步描述的。以此方式，密封柱塞243线性移动以靠在公共壁121上。在一实施方案中，阀120的状态在没有连续的致动空气流的情况下被维持。例如，阀体127内的提动头240的状态(例如，打开或关闭位置)(例如，通过摩擦)保持静止。这样，当挡板242类似地处于打开位置时，密封柱塞243定位成将密封腔250的第一开口265密封，并且使得流体221能从流体入口端口126流过密封腔250到达流体出口端口125。更具体地，当挡板242类似地处于打开位置时，致动空气215继续流过第一端口261和第二端口263(例如，排放端口)之间的致动腔255。在一实施方案中，致动腔255内的致动空气的冷却流270冷却杆241。为了实现最佳冷却，可控制冷却流270，例如冷却流270的持续时间、冷却流270的压力、冷却流270的开始时间，冷却流270的结束时间。杆241的冷却降低了提动头240的操作温度，并且更具体地降低了杆和与杆241接触的部件，例如密封O形环的温度。

在一实施方案中，第一端口261和第二端口263(例如，排放端口)的配置使得在通过第二端口263将致动空气作为空气排放物275完全排出之前将阀120完全致动到打开位置。如果需要额外的致动空气215来将提动头240和/或阀120完全致动到打开位置，则定时器230和排放逻辑220被配置为控制将致动空气215作为空气排放物275排放到大气中。特别地，排放逻辑220可以被配置为与(AND)逻辑，其中第一输入是来自空气源210的致动空气215并且第二输入是来自第二端口263(例如，排放端口)的空气排放物275。当排放逻辑220接收两个输入都为真时(即，接收致动空气215和空气排放物275两者)，则排放逻辑220打开以使得空气排放物275能排放到大气中。另一方面，当排放逻辑220仅接收一个输入为真时，则排放逻辑220保持关闭，并且防止空气排放物275排放到大气中。

在一实施方案中，定时器230(可选)控制致动空气215从空气源210到排放逻辑220的输送。也就是说，定时器230被配置为控制冷却(例如，冷却的开始和结束、冷却期等)，并且不妨碍致动。定时器230控制防止致动空气215被接收作为排放逻辑220的输入的时间。在一种实现方案中，只要定时器被致动并且没有到期，则致动空气215就被阻止作为排放逻辑220的输入流动。在一些实现方案中，即使第二端口263暴露于挡板242下方的致动腔255，从而使得致动空气215能排出，当排放逻辑220被关闭以防止空气排放物275流向大气(例如，导向大气的通道停滞)，腔255中的挡板242下方的压力保持在提供给排放逻辑220的致动空气的压力。例如，可能需要允许致动空气215致动提动头240到全开位置持续更长的时间。此外，可能需要通过防止致动空气215通过排放逻辑220排放到大气中来延迟杆241的冷却(例如，通过定时器230的操作保持关闭)。一旦排放逻辑220打开，致动空气215作为冷却流270流过致动腔以冷却杆241，作为空气排放物275离开，并且通过排放逻辑220到达大气。在另一实施方案中，定时器230控制来自排放端口263的空气排放物275的输送，而不是控制致动空气215作为排放逻辑220的输入。

图2B是根据本公开内容的一实施方案的被配置用于控制流体流动的阀系统200'的示图，其中阀处于关闭位置，并且其中致动空气流使阀冷却。图2B所示的阀系统200'与图4所示的阀系统200相同，具有相同的组件；然而，图2B中的阀使得能将用于关闭阀的致动空气排放到大气，从而使得阀能冷却，与图4中防止致动空气排放到大气中的情况相反。

特别地，图2B的阀系统200'包括被配置成用于控制流体221的流动的阀120。如图所示，使用来自空气源210的致动空气215将阀120致动到关闭位置。在一实施方案中，致动空气是压缩干燥空气(CDA)。如图2B所示，当阀120处于关闭位置时，即使流体221被阻止离开阀120，致动空气215也继续流动并且冷却阀120。更具体地，当挡板242被类似地移动到关闭位置时，致动空气215继续流过第三端口262和第二端口263(例如，排放端口)之间的致动腔255并且作为空气排放物275'离开致动腔255。在一实施方案中，致动腔255内的致动空气的冷却流272冷却杆241。为了实现最佳冷却，可以控制冷却流272，例如冷却流272的持续时间、冷却流272的压力、冷却流272的开始时间、冷却流272的结束时间、冷却流272的温度等。杆241的冷却降低了阀120的操作温度，并且更具体地降低了提动头240的杆和与杆241接触的部件的温度，例如密封O形环、密封外壳127b、致动外壳127a等的温度。

在图2B的配置中，定时器230控制致动空气215从空气源210输送到排放逻辑220。如前所述，排放逻辑220可以配置为AND逻辑，其中第一输入是来自空气源210的致动空气215，而第二输入是来自第二端口263(例如，排放端口)的空气排放物275'。例如，如果需要额外的致动空气215来将提动头240和相应的阀120完全致动到关闭位置，则定时器230(可选)和排放逻辑220被配置为控制致动空气215作为空气排放物275'排放到大气中。定时器230被配置为在移动到关闭位置和处于关闭位置时控制阀120的冷却(例如，冷却的开始和结束、冷却周期等)，并且不妨碍致动。定时器230控制防止致动空气215被接收作为排放逻辑220的输入的时间。在一种实现方案中，当阀120移动到关闭位置时，只要定时器被致动并且没有到期，致动空气215就被防止作为输入流动到排放逻辑220。因此，即使第二端口263暴露于挡板242上方的致动腔255，从而使得致动空气215能排出，则当排放逻辑220关闭时，仍然防止空气排放物275'流入大气(例如，通向大气的通道停滞)。因为排放逻辑220保持关闭，致动空气215继续填充致动腔255并且用于将挡板242推向公共壁124，从而将提动头240移动到关闭位置。也就是说，气体排放物275'和致动空气215的压力继续将提动头240致动到关闭位置。例如，可能需要允许更长的时间让致动空气215将提动头240致动到完全关闭位置。此外，可能希望通过阻止致动空气215作为空气排放物275'通过排放逻辑220排放到大气中来延迟杆241的冷却(例如，通过定时器230的操作保持关闭)。一旦排放逻辑220打开，致动空气215作为冷却流272流过致动腔255以冷却杆241，作为空气排放物275'离开，并且通过排放逻辑220到达大气。在另一实施方案中，定时器230控制来自排放端口263的空气排放物275'的输送，而不是控制致动空气215作为排放逻辑220的输入。

图3A-3C是根据本公开的一个实施方案的图2A中所示的阀120的当阀从关闭位置移动到打开位置时的图示，其中阀120控制流体221的流动。在图3A中，提动头240处于关闭位置，使得杆241朝底盖123线性移动。以这种方式，密封柱塞243靠在底盖123上，并且更具体地，O形环371处于与底盖123和密封柱塞243两者接触以将密封腔250与阀120的外部隔离。为了将提动头240(和阀120)移动到打开位置，致动空气215通过第一端口261引入致动腔255中。当致动空气215填充致动腔255中挡板242下方的空间时，压力使挡板242朝向顶盖122线性移动。在一实施方案中，致动空气215是CDA。在该实现方案中，当致动空气填充致动腔255中的挡板242下方的空间时，挡板242朝向顶盖122线性移动。在一实施方案中，在关闭位置，致动空气215不从致动腔255中排出，因为第二端口263(例如，排放端口)被挡板242的位置阻止而无法进入。

在一种实现方案中，从关闭位置打开阀120的估计时间是约0.2到45秒。在另一实现方案中，打开阀的估计时间范围在约1到30秒之间。在另一实现方案中，打开阀的估计时间范围在约0.2到30秒之间。在另一实现方案中，打开阀的估计时间范围在约0.2到10秒之间。在其他实现方案中，打开阀的估计时间范围在约0.2到5秒之间。在另一实现方案中，打开阀的估计时间范围在约0.5到3秒之间。在一种实现方案中，估计打开阀的时间为约2秒。

在图3B中，提动头240已经移动到关闭位置和打开位置之间的中间位置。特别地，挡板242线性移动远离公共壁124。残留在挡板242上方的致动腔255的空间中的残余空气可通过第三端口262排出。此外，密封柱塞243线性移动远离底部盖123。因此，一些流体流221能够从流体入口端口126流过密封腔250并且从流体出口端口125流出。如图所示，致动空气215仍未从致动腔255排出，因为第二端口263(例如，排放端口)继续被挡板242的位置阻止进入。在一实施方案中，第一端口261和第二排放端口263的构造使得阀120能完全致动到在通过第二端口263将致动空气215作为空气排放物275完全排出之前处于打开位置。

在图3C中，提动头240已经移动到完全打开位置，例如当阀120向上致动时。特别地，挡板242已经线性地移动远离公共壁124。此外，密封柱塞243已经线性地移动远离底盖123，并且抵靠公共壁124。具体地，O形环372与密封柱塞243和公共壁124两者接触，使得密封腔250现在与致动腔255隔离。也就是说，当提动头240处于打开位置时，O形环372将密封腔250的开口265密封。O形环372可以配置在密封柱塞243的上表面上。以这种方式，当提动头和阀处于打开位置时防止流体221进入致动腔255。因此，当阀120处于完全打开位置时，流体221从流体入口端口126流过密封腔250并且从流体出口端口125流出而不受限制。

此外，由于第二端口263(例如，排放端口)现在可进入，位于挡板242下方，因此致动空气215现在正从致动腔255排出。也就是说，致动腔255的在挡板242下方的空间可通过第二端口263进入。如前所述，在通过第二端口263完全排出致动空气作为空气排放物275之前执行阀120的完全致动。如图所示，空气排放物275离开排放端口263。在一实施方案中，当阀120处于打开位置时，致动空气215继续流入致动腔255。因为致动空气215可以作为空气排放物275通过第二端口263(例如，排放端口)排出，所以产生冷却流270并且可以用于冷却杆241。特别地，提动头240的杆241用作散热器。杆的表面积使得能散热，其中热量从杆241传递到冷却流270(例如，通过对流)。以此方式，可通过控制致动空气215在冷却流270中的流动来控制杆241的温度。可通过控制空气的排出压力来控制致动空气215的流动。此外，可以通过在阀120的致动期间和/或完全致动之后控制致动空气215的输送来控制冷却周期，例如使用定时器230进行。

在一实施方案中，作为CDA的致动空气215流入致动腔255并且膨胀。致动CDA的冷却可能在膨胀期间发生。通常，并且为了简单和清楚的目的，当致动CDA从第一端口261进入致动腔255时，致动CDA的膨胀会降低其温度。随着现在膨胀的致动CDA流过杆241(例如，充当散热器)，在致动空气或致动CDA从致动腔255作为空气排放物275排放到大气之前，对流用于在杆241和致动空气或致动CDA的冷却流270之间传递热量。以这种方式，杆241的温度可以通过控制冷却流270中的致动空气或致动CDA的流动来控制，如上所述。例如，致动空气或致动CDA的流量可以通过控制致动空气或致动CDA的排气压力，或通过定时器230控制冷却时间来控制。

在一实施方案中，杆241的冷却还导致与杆接触的附加部件的额外冷却。例如，O形环372的操作温度随着其通过杆241的冷却变冷却而降低。如图所示，杆241的冷却导致密封柱塞243和O形环372以及O形环371的局部冷却。此外，围绕致动腔255的致动外壳127a和/或围绕密封腔250的密封外壳127b的操作温度也通过杆241的冷却而冷却，从而导致较低的操作温度。

图4是根据本公开的一实施方案的被配置为控制流体流动的阀系统200的示图，其中阀120被配置在关闭位置。图4所示的阀系统200与图2A所示的阀系统200相同，具有相同的部件。因此，可以相对于图2A找到对阀系统200的部件的完整讨论。图2A和4中的阀系统200之间的区别是阀的状态，其中阀120在图2A中被示出处于打开位置，而图4中的阀显示在关闭位置。

特别地，阀系统200包括被配置用于控制流体221的流动的阀120。如图4所示，使用来自空气源210的致动空气215将阀120致动至关闭位置。在一实施方案中，致动空气是压缩干燥空气(CDA)。如图4所示，在关闭位置，致动空气215被阻止从致动室127a排出，并且因此不用于冷却阀120，更具体地是杆241。

如前所述，阀包括被配置成用于控制流体221的流动的阀体127。阀体127的密封外壳127b被配置成用于围绕密封腔250，并且包括被配置成用于流体221进入的流体入口端口126和被配置为允许流体从密封腔250排出的流体出口端口125。

阀体127包括围绕致动腔255的致动外壳127a。如前所述，致动外壳127a包括将密封腔250与致动腔255分开的公共壁124，其中开口265位于公共壁124中。开口264被配置在顶盖122内，并且与公共壁124中的开口265对齐以促进提动头240的杆241穿过开口264和265。致动外壳127a包括第三端口262，其被配置用于所使用的致动空气215的进入以将提动头240移动到关闭位置。如图所示，第三端口262被配置在容纳壁121内，并且被配置用于从空气源210输送的致动空气215的进入。在一实施方案中，致动空气是CDA。第二端口263(例如，排放端口)位于容纳壁121内，并且被配置为允许致动空气215作为空气排放物275'从致动腔255排出。

阀包括被配置成用于在阀体127内移动的提动头240。使用进入第三端口262的致动空气215将提动头240致动至关闭位置，其如通过用于向下致动的调节管道/输送系统输送。特别地，当阀120处于关闭位置时，挡板242通过致动空气215被推向底盖123和/或线性地朝向底盖123移动，如将关于图5A-5B和5C-1进一步描述的。在一实施方案中，阀120的状态在没有连续的致动空气流的情况下被维持。例如，(例如，通过摩擦)阀体127内的提动头240的状态(例如，打开或关闭位置)保持静止。因此，当挡板242移动到关闭位置时，密封柱塞243线性移动以抵靠底盖123，使得密封柱塞被定位和配置为将密封腔250的流体出口端口125密封，并且防止流体221通过密封腔250从流体出口端口125流出。O形环371被配置在密封柱塞243的下表面上，其中O形环371被配置成当挡板被致动到关闭位置时将密封腔RPC的出口端口密封。也就是说，当挡板242移动到关闭位置时，O形环371与底盖123和密封柱塞243两者接触，其中O形环371的定位使得密封腔250的流体出口端口125被密封，从而防止流体221流过阀。

在一实施方案中，防止致动空气215排放到大气中，因此，致动空气215不用于冷却杆241和/或阀120。在一实施方案中，第三端口262和第二端口263(例如，排放端口)的构造使得阀120能完全致动到关闭位置。如果需要额外的致动空气215来将提动头240和相应的阀120完全致动到关闭位置，则定时器230(可选)和排放逻辑220被配置为控制致动空气215作为空气排放物275'排放到大气中。特别地，排放逻辑220可以被配置为AND逻辑，其中第一输入是来自空气源210的致动空气215并且第二输入是来自第二端口263(例如，排放端口)的空气排放物275'。如图4所示，定时器230的第一输入被阻止，从而防止排放逻辑220打开，并且防止空气排放物275'逃逸到大气中。也就是说，提供用于向下致动的致动空气215作为排放逻辑220的输入是无效的，并且因此阻止空气排放物275'通过排放逻辑220。即使定时器230在运行，在图4的配置中当提动头240移动到关闭位置并且保持在关闭位置时，也不会向排放逻辑220提供致动空气215的输入。当排放逻辑220接收两个输入都为真时(即，接收致动空气215和空气排放物275'两者)，则排放逻辑220打开以允许空气排放物275'进入大气。因为排放逻辑220保持关闭，致动空气215继续填充致动腔255并且用于将挡板242推向公共壁124，从而将提动头240移动到关闭位置。

图5A-5B、5C-1和5C-2是根据本公开的一个实施方案，当图2B和图4中所示的阀120从打开位置移动到关闭位置时，该阀120的图示，其中阀120控制流体221的流动。

在一实现方案中，从关闭位置关闭阀的估计时间是大约0.2到45秒。在另一实现方案中，关闭阀的估计时间范围介于约1到30秒之间。在另一实现方案中，关闭阀的估计时间范围在约0.2到30秒之间。在另一实现方案中，关闭阀的估计时间范围在约0.2到10秒之间。在其他实现方案中，关闭阀的估计时间范围在约0.2到5秒之间。在另一实现方案中，关闭阀的估计时间范围在大约0.5到3秒之间。在一实现方案中，关闭阀的估计时间约为2秒。

在图5A中，提动头240处于打开位置，使得杆241朝向顶盖122线性移动。以这种方式，密封柱塞243抵靠公共壁124，并且更具体地，O形环372处于与公共壁124和密封柱塞243两者接触以将密封腔250与致动腔255隔离。以这种方式，防止流体221进入致动腔255。当阀120处于完全打开位置时，流体221从流体入口端口126流过密封腔250并且不受限制地从流体出口端口125流出。为了将提动头240(和阀120)移动到关闭位置，致动空气215通过第三端口262被引入致动腔255。当致动空气215充满致动腔255中的挡板242上方的空间时，压力使挡板242朝向公共壁124线性移动。在一实施方案中，致动空气215是CDA。在该实现方案中，当致动空气填充致动腔255中的挡板242上方的空间时，挡板242朝向公共壁124线性移动。在一实施方案中，在打开位置，从第三端口262进入的致动空气215不会从致动腔255排出，因为第二端口263(例如，排出端口)被挡板242的位置阻挡而无法进入。

在图5B中，提动头240已经移动到关闭位置和打开位置之间的中间位置。特别地，挡板242正朝着公共壁124线性移动。在挡板242下方的致动腔255的空间中剩余的残留空气可通过第一端口261排出。此外，密封柱塞243正朝着底盖123线性移动。因此，一些流体流221能够从流体入口端口126流过密封腔250并从流体出口端口125流出。如图所示，从第三端口262进入的致动空气215仍未从致动腔255排出，因为第二端口263(例如，排放端口)继续被挡板242的位置阻止而无法进入。在一实施方案中，第一端口261和第二排气端口263的配置使得能在通过第二端口263完全排出作为空气排放物275'的致动空气215之前将阀120完全致动到关闭位置。在其他实施方案中，定时器230(可选)用于控制阀120到关闭位置的致动，和/或使用致动空气215控制阀120的冷却。

在图5C-1和5C-2中，例如当阀120向下致动时，提动头240已经移动到完全关闭位置。特别地，挡板242已经朝着公共壁124线性移动。此外，密封柱塞243抵靠底盖123。具体而言，O形环371与密封柱塞243和底盖123两者接触，使得密封腔250现在与流体出口端口125隔离。这样，当阀120处于完全关闭位置时，防止流体221从流体出口端口125流出。

在图5C-1中，即使在阀120完全致动到关闭位置之后，致动空气215也被防止排放到大气中。图5C-1对应于图4。例如，排放逻辑220保持关闭，如前所述。因为致动空气215被阻止排出，所以不产生冷却流。

在图5C-2中，即使在阀120被完全致动到关闭位置之后致动空气215也排放到大气中。例如，如前所述，排放逻辑220现在是打开的。因为致动空气215被排出，所以产生冷却流。特别地，从第三端口262进入的致动空气215现在从致动腔255排出，因为第二端口263(例如，排放端口)现在是可进入的，位于挡板242上方。也就是说，挡板242上方的致动腔255的空间可由第二端口263进入。如图所示，空气排放物275'离开排放端口263。在一实施方案中，当阀120处于关闭位置时，致动空气215继续流入致动腔255。因为致动空气215可以通过第二端口263(例如，排放端口)作为空气排放物275'排出，产生冷却流272并且其可以用于冷却杆241。特别地，热量从杆241传递到冷却流272。因此，可以通过控制冷却流272中的致动空气215的流动来控制杆241的温度。可以通过控制空气的排放压力来控制致动空气215的流动。此外，冷却周期可以在阀120的致动期间和/或在完全致动之后例如使用定时器230通过控制致动空气215的输送来进行控制。在一实施方案中，致动空气215是CDA，其如前所述，在膨胀到致动腔255中时冷却。当现在膨胀的致动空气流过杆241(其用作散热器)时，在致动CDA作为空气排放物275从致动腔255排放到大气中之前，对流起作用以在杆241和致动CDA的冷却流270之间传递热量。

在一实施方案中，杆241的冷却还导致与杆接触的附加部件的额外冷却。例如，O形环372的操作温度随着其通过杆241的冷却变冷却而降低。如图所示，杆241的冷却导致密封柱塞243和O形环372以及O形环371的局部冷却。此外，围绕致动腔255的致动外壳127a和/或围绕密封腔250的密封外壳127b的操作温度也通过杆241的冷却而变冷却，从而导致较低的操作温度。

图6是根据本公开的一个实施方案被配置用于控制流体流动的阀120的第一配置的顶部剖视图，其中在阀120的打开和/或关闭位置，通过第二端口263(例如，排放端口)排出的致动空气冷却阀120的内部。例如，冷却流270将热量从阀的提动头240的杆241传递给致动空气215，然后作为空气排放物275通过第二端口263从致动腔255排出。如图6所示，在一实施方案中，阀体127的容纳壁121的形状为圆柱形(例如圆形)。

图7是示出根据本公开的一个实施方案的用于操作控制流体流动的阀的方法的流程图。特别地，该方法可以包括使用致动空气冷却阀。流程图700的方法可由图1A的等离子体处理模块100以及图2A-2B和4中描述的系统应用。

在710，该方法包括向阀的阀体的致动外壳的第一端口提供致动空气。阀体包括围绕致动腔的致动外壳。提动头被配置为在阀体内移动并且包括位于致动腔内的挡板。

在720，该方法包括使用进入第一端口的致动空气致动提动头并且相应地将阀致动至打开位置。例如，通过将空气致动到打开位置来致动提动头的挡板，其中致动空气从阀体中的第一端口进入。挡板被配置为在致动腔内线性移动。

在730，该方法包括当提动头处于打开位置时将从第一端口进入的致动空气通过致动外壳的第二端口排放到大气中。

在740，该方法包括使用在致动外壳的第一端口和第二端口之间流动的致动空气来冷却杆。特别地，当致动空气被排出时，在致动腔内产生冷却流，该冷却流起到冷却提动头杆的作用。也就是说，当阀处于打开位置时，通过使致动空气流过致动外壳的第一端口和第二端口之间的致动腔来执行杆的冷却。

在一实施方案中，该方法包括向阀体的密封外壳的入口端口提供流体，该密封外壳围绕密封腔。阀体被配置用于控制流体的流动。入口端口被配置用于使流体进入密封外壳。在一实施方案中，流体是RPC，例如清洁混合物。密封外壳还包括出口端口，该出口端口被配置用于流体从密封腔排出。密封外壳和致动外壳的共同壁将密封腔与致动腔分开。此外，提动头的杆通过公共壁中的第一开口将位于密封腔内的密封柱塞连接到位于致动腔内的挡板。当被致动时，提动头的挡板的线性运动通过被配置为行进穿过第一开口的杆被转换成密封柱塞在密封腔内的线性运动。当提动头和相应的阀处于打开位置时，该方法包括定位密封柱塞以将密封腔的第一开口密封，并且使得流体能从入口端口到出口端口通过密封腔流动。

在一实施方案中，杆的冷却被延迟。例如，冷却被延迟以确保提动头的挡板和相应的阀完全致动到打开位置。在另一实施方案中，通过控制致动空气从致动腔排放到大气来执行对冷却过程的控制。因此，即使阀被完全致动到打开位置，冷却也可能被进一步延迟所需的时间。

在一实施方案中，当阀处于关闭位置时发生杆的冷却。也就是说，当流体被阻止离开阀时，对阀进行额外的冷却。特别地，该方法包括使用致动空气将提动头的挡板致动到关闭位置。致动空气从阀体的第三端口进入。挡板被配置为在致动腔内线性运动，其中挡板的线性运动经由被配置成行进穿过第一开口的杆被转换成密封柱塞在密封腔内的线性运动。因此，当阀处于关闭位置时，该方法包括定位密封柱塞以将密封腔的出口端口密封并且防止流体通过密封腔流到出口端口。该方法包括当提动头处于关闭位置时，将从第三端口进入的致动空气通过致动外壳的第二端口排放到大气中。该方法包括通过当阀处于关闭位置时使致动空气流过致动外壳的第三端口和第二端口之间的致动腔来冷却杆。也就是说，阀可以配置为根据需要冷却处于打开和/或关闭位置的杆。

已经出于说明和描述的目的提供了实施方案的前述描述。并非意在穷举或限制本公开内容。特定实施方案的个别元件或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的并且可以在选定实施方案中使用，即使未具体示出或描述。同样也可以以多种方式变化。此类变化不应被视为与本公开内容的背离，并且所有此类修改均意在包括在本公开内容的范围内。

尽管为了清楚理解的目的已经对前述实施方案进行了一些详细的描述，但是显然可以在所附权利要求的范围内实践某些改变和修改。因此，所呈现的实施方案被认为是说明性的而非限制性的，并且实施方案不限于在此给出的细节，而是可以在它们的范围和权利要求的等同方案内进行修改。